JPS59164694A - 半導体結晶の成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、■−■族化合物半導体等の結晶成長に適する
封管式結晶成長方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 半導体、例えばＩＶ−Ｖｌ族化合物半導体において結晶
成長方法として、ブリッジマン法、チョコラスキー法、
封管による気相成長法など種々の方法が試みられている
。このうち封管による気相成長法では、他の方法に較べ
て成長結晶はあまり太き２ペーζノ くないが、成長が気相輸送により行なわれているため良
質の結晶、特に低転位密度の結晶が得られる。この封管
による気相成長法では、種子結晶を用いる方法と、種子
結晶を用いず自然に発生した結晶を核として成長用石英
管の管壁に成長させる方法がある。

種子結晶を用いる方法では、大きくて良質々結晶が得ら
れる反面、種子結晶を保持する方法がむずかしく、成長
用石英管の形状が複雑になる。

一方、種子結晶を用いない場合、結晶核が発生しにくく
、また発生しても多数の結晶核が発生してしまい成長結
晶がいくつかの結晶の集まった多結晶体になることが多
い。しかし、一般的には種子結晶を用いず、成長用石英
管壁に自然発生させた核を中心に成長させる方法が取ら
れている。

以下、この方法について第１図を用いて簡単に説明する
。１ず第１図ａに示すように、半導体結晶用の原料２を
密封用の石英管に所定の化学量論比で真空封入する。こ
れを、融点以上に加熱し合金化処理を行なう。これは■
−■族化合物半導体３ベー二゛ を加熱し、蒸発させたとき化合物の状態で蒸発すること
が知られており、化合物の状態で蒸発しやすくするため
である。その後１合金化された原料インゴットのうち上
下１０％位は、完全に混ざり合っていないので切り落さ
れ残りを結晶成長原料３として第１図すに示すように別
の成長用石英管６に真空封入する。これを、成長部の温
度Ｔ２℃が原料部分の温度Ｔ１　℃より６〜１０℃低く
なるような温度分布をもつ電気炉（ＰｂＴｅの場合、原
料側Ｔ１　℃が約８２０℃、成長部Ｔ２℃が約８１ｏ℃
である）へ挿入することによって、成長が行なわれる。

原料３から蒸発した分子は成長管の低温部に輸送され、
その分子は成長管６の管壁につき多数の結晶核６となる
。この核のうちいくつかが大きく成長し、結晶となる。

しかし、このような従来の方法では結晶核６が発生しに
くいために成長時間がかかり、まだ発生しても成長結晶
が多結晶体になることが多く、再現性のある結晶成長を
行なうことが困難であった。

発明の目的 本発明の目的は、特別に種子結晶を保持する構造となっ
ていない簡略化された成長用石英管を用いて、溶融した
原料により結晶核を再現性よくしかも比較的大きな結晶
核を形成させ、良質の大きな単結晶を得るための封管式
結晶成長方法を提供するものである。

発明の構成 本発明は、成長用石英管に真空封入された原料を融点ま
で加熱し溶融させ、その溶融液を成長用石英管の一方端
に形成された結晶核形成部に一時的に接触させることに
より結晶核を作製し、その後結晶核に原料からの気相輸
送にて封管式結晶成長を行なうものである。

実施例の説明 本発明の実施例をＰｂＴｅの結晶成長を例に詳しく説明
する。第２図は、今回用いた成長用密封石英管の形状の
一例である。第２図ａにおいて、成長用石英管６には石
英棒からなるヒートシンク７が設けられている。このヒ
ートシンク７は、成長管６の内壁の一部（くぼみ８）の
溶融点よりわず６ベー：： かに低い温度に冷却するために用いられている。

また、このヒートシンク７と成長管の接合部付近の内壁
にくぼみ８を有している。この成長用石英管６に合金化
された原料ＰｂＴｅを真空封入し、同図に示されるよう
な温度Ｔ　をもつ電気炉に挿入する。このとき電気炉は
ほぼ垂直にしている。温度Ｔ３はＰｂＴｅの融点９２４
℃より高い温度であり９４０℃とした。温度Ｔ４はＰｂ
Ｔｅの融点よりわずかに低い温度である。この状態で数
時間放置し、ＰｂＴｅ原料を溶融させ原料の溶融液４と
する。

その後、第２図すに示される様に、電気炉全体を水平以
上に傾けＰｂＴｅ溶融液４をヒートシンク７側へ移動さ
せ接合部付近のくぼみ８に溶融液４を接触させた後、直
ちに電気炉全体を元に戻す。

この様にすることによって第２図Ｃに示される様に、成
長用石英管６とヒートシンク７の接合部付近のくぼみ部
分８の温度は、ヒートシンク７の効果により融点と同程
度となり、さらにＰｂＴｅの溶融液の粘性により、くぼ
み部分８に結晶核６が形成される。このくぼみ部分８は
、溶融液４が粘着６ページ されやすいようにするためのもので特に形状には、こだ
わらない。

その後、第２図ｄに示される様に、原料部分の温度を融
点以下の８３０℃程度の１６℃まで成長部分の温度を８
２０℃程度の１６℃才で下げ、原料溶融液を固化させ固
化原料３とする。原料が固化したら、その原料３からの
気相輸送により前述のごとく形成された結晶核　に単結
晶　が形成される。

この場合成長管６の一部に形成された結晶核は単結晶と
は限らない。例えば多結晶状の結晶核であっても、その
多結晶の微小な結晶のうち１つが選択的に結晶核となり
大きな結晶が成長することは知られているため特に結晶
核は、単結晶である必要はない。

また、以上の実施例ではＰｂＴｅを例に説明したが、本
発明は封管式結晶成長法によって結晶を得ることができ
る８ｎＴｅ、Ｐｂ５ｅ、ＣｄＴｅなどの他の化合物半導
体についても適用可能である。

発明の効果 ７ベー２ 以上説明したように、本発明によれば非常に簡単に結晶
核を発生させることができ、かつ良質の単結晶が得られ
、封管式結晶成長方法による結晶成長に大きく寄与する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の種子結晶を用いない場合の成長管断面図
でａは合金化処理を行なうときの成長管断面図、ｂは成
長時の成長管断面図、第２図ａ。 ｂは本発明一実施例の結晶核形成時の成長管断面図、同
Ｃは結晶成長時の成長管断面図、同ｄは結晶成長後の成
長管断面図である。　。 １・・・・・・合金処理用石英管、２・・・・・・原料
、３・・・・・・合金化処理された原料、４・・・・・
・原料溶融液、５・・・・・・成長用石英管、６・・・
・・・結晶核、７・・・・・・ヒートシンク、９・・・
・・・結晶核形成部、８・・・・・・成長単結晶。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ｒαＪ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂＥ
第２図 （ＯＬ〕 （ｃ）　　　　　　　　ｒｄ　）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体結晶の原料を含む密閉された容器を、前記原料の
   融点以上に加熱して前記原料を溶融させ、溶融された前
   記原料を前記容器内の部分的に冷却された一壁面に接触
   せしめることにより結晶核に前記原料からの気相輸送に
   て半導体結晶成長を行なうことを特徴とする半導体結晶
   の成長方法。